JP2017207391A

JP2017207391A - 試料注入装置及びそれを備えるクロマトグラフ装置

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Publication number: JP2017207391A
Application number: JP2016100556A
Authority: JP
Inventors: 太一伴野; Taichi Banno
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2017-11-24

Abstract

【課題】キャリーオーバー現象を抑制することができる試料注入装置及びクロマトグラフ装置を提供する。【解決手段】液体試料を採取して所定量の液体試料を移動相中に注入する試料注入部３０と、先端部にニードル２２ａが形成され、末端部が試料注入部３０に連結された試料導入管２２と、ニードル２２ａを移動させるニードル駆動部２３と、ニードル２２ａを洗浄するためのリンス液となる水が収容された洗浄部２４とを備え、洗浄部２４は、振動周波数が８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の超音波を水中に発生させる超音波振動子２４ｂを備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、試料注入装置及びそれを備えるクロマトグラフ装置に関し、特に、多数の液体試料を測定する液体クロマトグラフ装置（以下、ＬＣと略す）に関する。

図３及び図４は、従来の一般的なＬＣの一例を示す概略構成図である。ＬＣ１０１は、移動相を貯蔵する移動相貯槽１０と、移動相貯槽１０に連結された送液ポンプ１１と、カラム連結管（カラムＩＮ側配管）１２と、カラム連結管１２と連結された分離用カラム１３と、分離用カラム１３を略一定の温度に保つカラム恒温槽１４と、分離用カラム１３と連結された検出器（検出部）１５と、移動相中へ液体試料を注入するオートサンプラ（試料注入装置）１２０と、ＬＣ１０１を制御する制御部１４０とを備える。

オートサンプラ１２０は、多数の試料バイアルＳが配置されたテーブル２１と、先端部にステンレス製のニードル２２ａが形成された試料導入管２２と、ニードル２２ａを上下方向及び水平方向に移動させるニードル駆動部２３と、ニードル２２ａを洗浄するためのリンスポート（洗浄部）１２４と、試料注入部３０とを備える。

試料バイアルＳは、底面を有する円筒形状のガラス容器と、ガラス容器の開口部に取り付けられたシリコン製のセプタムとから構成され、内部に液体試料が収容されている。
リンスポート１２４は、リンス液（溶出力の高い溶液）が収容された容器１２４ａを備えている。

試料注入部３０は、シリンジポンプ３１と、インジェクションポート３２と、６つのポートａ〜ｆを有する流路切換バルブ３３と、７つのポートｇ〜ｍを有する流路切換バルブ３４とを備える。

シリンジポンプ３１は、円筒状体のシリンジ３１ａと、シリンジ３１ａ内に挿入される円柱形状のプランジャ３１ｂと、プランジャ３１ｂを上下方向に移動させるパルスモータ３１ｃとを備える。そして、シリンジポンプ３１は、流路切換バルブ３３及び流路切換バルブ３４が図４の状態のときに、プランジャ３１ｂが下方に引かれると液体試料を試料導入管２２内に注入し、プランジャ３１ｂが上方に押されるとシリンジ３１ａ内に収容されていた洗浄液を試料導入管２２内に注入するようになっている。

インジェクションポート３２は、リンス液が収容された容器３２ａと、容器３２ａの底面に形成されたニードル２２ａが挿入されるためのニードルシール（極細流路）３２ｂとを備える。

流路切換バルブ３３のポートａは送液ポンプ１１を介して移動相貯槽１０に、ポートｂは試料導入管２２に、ポートｃは流路切換バルブ３４のポートｋに、ポートｄは電磁弁３５を介してドレインに、ポートｅはインジェクションポート３２のニードルシール３２ｂに、ポートｆはカラム連結管１２にそれぞれ接続されている。そして、隣り合うポートａ〜ｆ同士が連通可能に構成されている。

流路切換バルブ３４のポートｇとポートｈとポートｉは洗浄液が収容された容器３６に、ポートｊはシリンジポンプ３１に、ポートｋは流路切換バルブ３３のポートｃに、ポートｌはリンスポート１２４に、ポートｍは電磁弁３７を介してシリンジポンプ３１にそれぞれ接続されている。そして、ポートｍはポートｇ〜ｌのいずれか１個のポートに連通可能となっているとともに、隣り合うポートｇ〜ｌ同士が連通可能に構成されている。

ここで、上述したＬＣ１０１を用いて多数の液体試料を自動的に連続して分析する分析方法について説明する。まず、制御部１４０は、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図４の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、カラム連結管１２を通って分離用カラム１３に送られる。次に、制御部１４０は、ニードル２２ａの直下に所望の試料バイアルＳがくるように移動させた後、ニードル２２ａを降下させて試料バイアルＳ内に挿入する。そして、制御部１４０は、プランジャ３１ｂを引くことにより、試料バイアルＳ内の液体試料を試料導入管２２内に充填する。

次に、制御部１４０は、ニードル２２ａの直下にインジェクションポート３２を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてインジェクションポート３２のニードルシール３２ｂに挿入する。そして、制御部１４０は、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図３の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、試料導入管２２とニードル２２ａとニードルシール３２ｂとを通ってカラム連結管１２に送られる。このとき、試料導入管２２内に充填されていた液体試料は、移動相と共にカラム連結管１２に送り込まれ、分離用カラム１３で成分分離された後に検出器１５によって順次検出される。

そして、制御部１４０は、液体試料をカラム連結管１２内に注入後、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図４の状態に制御する。次に、制御部１４０は、ニードル２２ａの直下にリンスポート１２４を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてリンスポート１２４内に挿入する。そして、制御部１４０は、プランジャ３１ｂを抜き差しすることにより、試料注入部３０の容器３６内の洗浄液を試料導入管２２内に流通させる。
その後、制御部１４０は、上記と同様の手順により次の液体試料を測定する制御を行う。

また、例えば特許文献１には、リンス液が収容された容器と、その容器に取り付けられた超音波振動子とを備えるリンスポートが開示されている。このようなリンスポートを上述したＬＣ１０１に適用すれば、試料バイアルＳから液体試料を採取した状態で、ニードル２２ａをリンスポート１２４内に挿入する。そして、振動周波数が２０ｋＨｚ以上８０ｋＨｚ以下となる超音波をリンス液に発生させる。超音波振動子によって発生した超音波は、コヒーレントでない疎密波であり、容器１２４ａの内壁で反射されてリンス液に浸漬されたニードル２２ａを振動させる。これにより、振動が均一に伝わり、ニードル２２ａ外周面に残った余分な液体試料を取り除くことができる。その後、ニードル２２ａをインジェクションポート３２のニードルシール３２ｂに挿入することになる。

特許第４４５５４９５号公報

上述したようなＬＣ１０１において、近年、検出器１５の検出感度が高くなるにつれて「キャリーオーバー」と呼ばれる現象が問題になってきている。なお、「キャリーオーバー」とは、過去に測定した液体試料の成分が残留し、あたかも現在測定している液体試料中にその成分が存在するかのような検出結果を示す現象である。
また、上述したような洗浄手段では、ニードルが物理的なダメージを負うリスクが存在している。

出願人は、キャリーオーバー現象が起こる原因について検討した。そして、液体試料中に糖質やタンパク質や脂質等の高分子化合物が含まれている場合に、この高分子化合物の一部がニードル２２ａに残留することにより、その残留物が次に注入された液体試料に混ざって検出器１５に導入されていることがわかった。

この問題を解決するため、２０ｋＨｚ以上８０ｋｚ以下の超音波によって振動させるのではなく、８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の超音波によってニードル２２ａ部の残留成分を分解することにした。
具体的には、８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の超音波が溶液中に伝搬するときには高圧域と低圧域とが発生し、溶媒分子の分子間力を上回る程度の低圧状態となったときにキャビティが形成される。このキャビティは、膨張と収縮を繰り返した後に圧壊し、圧壊時には高温・高圧・高速流動の極限状態が生じる。この高温・高圧そのものが化学反応の駆動力となって溶媒分子が熱分解する。このとき、例えば水分子をＯＨラジカルとＨラジカルとに熱分解すると、高分子化合物は酸化力の強いＯＨラジカルにより酸化分解される。
また同時に、粒子加速度による洗浄も行われる。これは溶媒分子が加速されニードルにぶつかる衝撃により、ニードルに付着した化合物を剥離させる。これは周波数が高ければ高いほど効果がある。

すなわち、本発明の試料注入装置は、液体試料を採取し、所定量の液体試料を移動相中に注入するための試料注入部と、先端部にニードルが形成され、末端部が前記試料注入部に連結された試料導入管と、前記ニードルを移動させるニードル駆動部と、前記ニードルを洗浄するためのリンス液が収容された洗浄部とを備える試料注入装置であって、前記リンス液は、水であり、前記洗浄部は、振動周波数が８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の超音波を前記水中に発生させる超音波振動子を備えるようにしている。

ここで、「所定量」とは、分析時に測定者等によって決められる任意の量であり、例えば１０μｌ等となる。

以上のように、本発明の試料注入装置によれば、ＯＨラジカルが液体試料中の高分子化合物（糖質・タンパク質・脂質等）を分解して低分子化するため、ニードルの洗浄効率が向上してキャリーオーバー現象を抑制することができる。また、リンス液に有機溶媒を用いることなく高い洗浄効果を得ることができるため、環境負荷が少なく、かつ、経済的である。
また、低周波領域で顕著なニードルへのダメージも低減できる。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明のクロマトグラフ装置は、上述したような試料注入装置と、前記試料注入部にカラム連結管を介して連結され、前記液体試料が注入された移動相が通過する分離用カラムと、前記分離用カラムに連結され、前記液体試料中の成分を検出する検出部とを備えるようにしている。
さらに、上記のクロマトグラフ装置において、前記試料注入部は、所定量の液体試料を採取するためのシリンジポンプと、前記シリンジポンプと前記試料導入管とを連結するか、或いは、前記試料導入管と前記カラム連結管とを連結するためのポートバルブとを備えるようにしている。

本発明に係るクロマトグラフ装置の一例のＬＣを示す概略構成図。図１同様のＬＣを示す概略構成図。従来のＬＣの一例を示す概略構成図。図３同様のＬＣを示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

本発明に係るクロマトグラフ装置の構成例として、ＬＣを例にして図１及び図２にその概略構成を示す。なお、上述した従来のＬＣ１０１と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
ＬＣ１は、移動相を貯蔵する移動相貯槽１０と、移動相貯槽１０に連結された送液ポンプ１１と、カラム連結管（カラムＩＮ側配管）１２と、カラム連結管１２と連結された分離用カラム１３と、分離用カラム１３を略一定の温度に保つカラム恒温槽１４と、分離用カラム１３と連結された検出器（検出部）１５と、移動相中へ液体試料を注入するオートサンプラ（試料注入装置）２０と、ＬＣ１を制御する制御部４０とを備える。

オートサンプラ２０は、多数の試料バイアルＳが配置されたテーブル２１と、先端部にステンレス製のニードル２２ａが形成された試料導入管２２と、ニードル２２ａを上下方向及び水平方向に移動させるニードル駆動部２３と、ニードル２２ａを洗浄するためのリンスポート（洗浄部）２４と、試料注入部３０とを備える。

リンスポート２４は、水が収容された容器２４ａと、この容器２４ａに取り付けられる超音波振動子２４ｂとを備えている。なお、超音波振動子２４ｂは、振動可能な場所であれば、容器２４ａにおける任意の場所（例えば底面等）に取り付けることができる。

そして、超音波振動子２４ｂの振動は、後述する制御部４０の洗浄部制御部４１ｃによって制御される。また、超音波振動子２４ｂの振動周波数は、ＯＨラジカルを充分に発生させるため、８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下となっており、２００ｋＨｚ以上６００ｋＨｚ以下とすることがより好ましい。さらに、超音波振動子２４ｂの作動時間は、３秒以上とすることが好ましい。

このようなリンスポート２４によれば、振動周波数が２０ｋＨｚ以上８０ｋＨｚ以下の超音波を水中に発生させる。８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の超音波は、水中に伝搬するときに高圧域と低圧域とが発生し、水分子の分子間力を上回る程度の低圧状態となったときにキャビティが形成される。このキャビティは、膨張と収縮を繰り返した後に圧壊する。このとき、水分子はＯＨラジカルとＨラジカルとに熱分解され、ＯＨラジカルにより高分子化合物が酸化分解される。このようにして、ニードル２２ａの残留成分を取り除く。

制御部４０は、ＣＰＵ４１と入力部４２とを備える。ＣＰＵ４１が処理する機能をブロック化して説明すると、オートサンプラ２０を制御するオートサンプラ制御部４１ａと、検出器１５からイオン強度信号を受信する分析制御部４１ｂと、超音波振動子２４ｂを制御する洗浄部制御部４１ｃとを有する。
なお、洗浄部制御部４１ｃは、ニードル２２ａがリンスポート２４内に挿入されたときに超音波振動子２４ｂを作動させる制御を行う。

ここで、上述したＬＣ１を用いて多数の液体試料を自動的に連続して分析する分析方法について説明する。まず、制御部４０のオートサンプラ制御部４１ａは、流路切換バルブ３３及び流路切換バルブ３４のポートａ〜ｍを図２の状態に制御する。次に、オートサンプラ制御部４１ａは、ニードル２２ａの直下に所望の試料バイアルＳがくるように移動させた後、ニードル２２ａを降下させて試料バイアルＳ内に挿入する。そして、オートサンプラ制御部４１ａは、シリンジポンプ３１のプランジャ３１ｂを引くことにより、試料バイアルＳ内の液体試料を試料導入管２２内に充填する。

次に、オートサンプラ制御部４１ａは、ニードル２２ａの直下にインジェクションポート３２を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてインジェクションポート３２のニードルシール３２ｂに挿入する。そして、オートサンプラ制御部４１ａは、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図１の状態に制御する。したがって、移動相貯槽１０から送液ポンプ１１を介して供給された移動相は、試料導入管２２とニードル２２ａとニードルシール３２ｂとを通ってカラム連結管１２に送られる。このとき、試料導入管２２内に充填されていた液体試料は、移動相と共にカラム連結管１２に送り込まれ、分離用カラム１３で成分分離された後に検出器１５によって順次検出される。

そして、オートサンプラ制御部４１ａは、液体試料をカラム連結管１２内に注入後、流路切換バルブ３３、３４のポートａ〜ｍを図２の状態に制御する。次に、オートサンプラ制御部４１ａは、ニードル２２ａの直下にリンスポート２４を移動させた後、ニードル２２ａを降下させてリンスポート２４内に挿入する。

次に、洗浄部制御部４１ｃが超音波振動子２４ｂを所定時間作動させた後に、オートサンプラ制御部４１ａがプランジャ３１ｂを抜き差しすることにより、試料注入部３０の容器３６内の洗浄液を試料導入管２２内に流通させる。
その後、制御部４０は、上記と同様の手順により次の液体試料を測定する制御を行う。

以上のように、本発明に係る構成を有したＬＣ１によれば、ＯＨラジカルが液体試料中の高分子化合物を分解して低分子化するため、ニードル２２ａの洗浄効率が向上してキャリーオーバー現象を抑制することができる。また、リンス液に有機溶媒を用いることなく高い洗浄効果を得ることができるため、環境負荷が少なく、かつ、経済的である。

＜他の実施形態＞
上述したＬＣ１では、リンスポート２４の容器２４ａに超音波振動子２４ｂを取り付ける構成としたが、これに代えて、インジェクションポート３２の容器３２ａに超音波振動子２４ｂを取り付けるようにしてもよい。

本発明は、多数の液体試料を測定する液体クロマトグラフ装置等に利用することができる。

１：ＬＣ（クロマトグラフ装置）
１２：カラム連結管
１３：分離用カラム
１５：検出器（検出部）
２０：オートサンプラ（試料注入装置）
２２：試料導入管
２２ａ：ニードル
２３：ニードル駆動部
２４：リンスポート（洗浄部）
２４ｂ：超音波振動子
３０：試料注入部

Claims

液体試料を採取し、所定量の液体試料を移動相中に注入するための試料注入部と、
先端部にニードルが形成され、末端部が前記試料注入部に連結された試料導入管と、
前記ニードルを移動させるニードル駆動部と、
前記ニードルを洗浄するためのリンス液が収容された洗浄部とを備える試料注入装置であって、
前記リンス液は、水であり、
前記洗浄部は、振動周波数が８１ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の超音波を前記水中に発生させる超音波振動子を備えることを特徴とする試料注入装置。
請求項１に記載の試料注入装置と、
前記試料注入部にカラム連結管を介して連結され、前記液体試料が注入された移動相が通過する分離用カラムと、
前記分離用カラムに連結され、前記液体試料中の成分を検出する検出部とを備えることを特徴とするクロマトグラフ装置。
前記試料注入部は、所定量の液体試料を採取するためのシリンジポンプと、
前記シリンジポンプと前記試料導入管とを連結するか、或いは、前記試料導入管と前記カラム連結管とを連結するためのポートバルブとを備えることを特徴とする請求項２に記載のクロマトグラフ装置。